1巻
2006年7月9日、謎のUFOを目撃した南波六太とその弟の日々人は、「一緒に宇宙飛行士になろう」と誓い合う。
それから19年後の2025年、夢を叶え宇宙飛行士となった日々人は、第1次月面長期滞在クルーの一員として、間もなく日本人初となる月面歩行者として歴史に名を残そうとしていた。
一方兄の六太は、勤めていた会社の上司に頭突きをしたのでクビになってしまい、鬱屈した日々を送っていた。
そんな六太の下に、JAXAから宇宙飛行士選抜の書類審査通過の通知が送られてくる。
それは、共に宇宙を目指すという夢を諦めない日々人が応募したものであった。
いつの頃からか、宇宙飛行士になることを諦めていた六太は、再び宇宙を目指すことを決意する。
2～5巻
1次試験、2次試験を終えた六太は3次試験までの間、日々人に呼ばれヒューストンに滞在する。
そこで巷を騒がせていた強盗を偶然捕まえ一躍有名人となり、その評判がJAXAにも届いたことで無事2次試験を通過。
各組5人で2週間を閉鎖空間で過ごす3次試験に挑む。JAXAから個別に出されるグリーンカード、秘密指令によって一時は疑心暗鬼に陥りながらも、共に問題を乗り越え結束を強めてゆく。
最終日に合格者2人を自分たちで決める難題を、六太の組ではジャンケンで決めたものの、提案者の六太は落選した。
その後JAXAからの追加合格者として、別組の北村絵名と受験当初からの友人の真壁ケンジ、そして六太の3名が選ばれ、最終審査までたどり着く。
なお、3巻「#26 ３次元アリ」で、野口聡一宇宙飛行士を模する人物が、少年期の主人公２人から「なぜ人は宇宙へ行くのか」と問われた際に語る宇宙アリ（３次元アリ）の寓話は、実際に野口聡一氏が著者の小山宙哉氏に話したもの。
6～7巻
最終選考が行われるヒューストンへ再び飛んだ六太は、最終審査の合否が決定するまでの間に、日々人たちCES-51クルーを乗せたロケットの打ち上げを目撃した。
日本中が見守る中、2026年3月8日、日々人は遂に月へと到着する。
嬉しさのあまり何度も跳び跳ねる姿｢ムーンジャンプ｣、月面上で発した第一声｢イエ～!!｣は一大ブームとなる。
8～9巻
日本に戻った六太は、JAXAの星加から合格を告げられ、ケンジ、せりか、新田、北村の4名と共に宇宙飛行士候補生となる。
一方、日々人は月での船外活動(EVA)のミッション中、クルーのダミアンと共に谷底に落ちる事故に遭う。
NASAとJAXA、そして六太の尽力により無事救出された日々人は、ダミアンを救助した功績により勲章を授与される。
10～13巻
六太たち候補生はアメリカへと渡り、NASAの訓練に参加する。
訓練教官のビンセント・ボールドによって、僅か1年半で基礎訓練を終わらせる過密スケジュールが課せられ、砂漠でのサバイバル訓練、キャンサット（超小型衛星）作成、T-38A(N)での飛行訓練、水中での無重力訓練を行う日々が続く。
その中で六太はパラシュート設計士のピコ・ノートンや、飛行訓練教官のデニールの目に留まり評価を得ていく。
やがて日々人が月から帰還し、兄弟が幼い頃から世話になっていたシャロン博士により月面天測望遠鏡プロジェクトも進み始めるが、シャロンはALSを発症する。
2027年、基礎訓練を終えた六太達はようやく宇宙飛行士として認定された。
14～15巻
六太は、多くの推薦状を得て国際宇宙ステーション(ISS)のバックアップクルーに選ばれたが、日々人と誓い合い、シャロンのプロジェクトにもつながる月面滞在クルーを目指す気持ちから、これを辞退。父の死因となったALSの新薬開発実験のため、一貫してISSを目指してきたせりかに譲る。
代わりに、バギー事故の克服に頭を悩ませる月面基地局の開発部署へ配属される。
そこで、以前務めていた会社とJAXAの協力を得て、月面ナビを発案した功績を認められ、NEEMO訓練への参加が決まる。
一方、船外活動中の事故以来パニック障害(PD)を患っていた日々人はロシアへ渡り、イヴァンの下で密かにPD克服の訓練を始めたものの、訓練未了のままNASAに連れ戻され、閑職に追いやられてしまう。
16～17巻
ケンジと同組で参加したNEEMO訓練における月面基地の改良案を高く評価された六太は、ビンセント達CES-62のバックアップクルーに選ばれ、ケンジは選ばれなかった代わりに有人小惑星探査ミッションのメンバーに新田と共に選ばれる。
その頃、密かにリハビリを続けていた日々人は、再び宇宙を目指すための試験に挑み、復帰を望むCES-51のクルーからの励ましもあって無事PDを克服する。
そして六太は、曲者ぞろいのCES-62バックアップクルーたちと共に訓練を開始する。
18～20巻
CES-62バックアップクルーはリーダーにエディ・Jを加え、
「ジョーカーズ」と名乗るようになり、六太はCES-62のキャプコムに選ばれる。一方、日々人の周囲は彼に冷たく、日々人は六太に「もう月に行けないかもしれない」と告白し、失踪する。
六太はキャプコムの訓練に集中できなくなってしまうが、ビンスの家族やピコに支えられる。
半年後、CES-62は打ち上げられる。
その後、シャロン月面望遠鏡の建設や、せりかのISS搭乗が決定する。
21〜24巻
ジョーカーズのCES-66アサインがプログラムマネージャーのゲイツに却下され、ジョーカーズは様々な手段でコスト削減案を提出、同時期にゲイツも過去を思い出し、ジョーカーズに対する態度を一転、ジョーカーズはCES-66にアサインされる。
他にも、ケンジたちのミッションの発表、せりかたちの打ち上げ成功などいいニュースが続くなか、ジョーカーズのメンバー、カルロが失踪する。
カルロは母国イタリアで父の最期を看取り、父に対する誤解を解消して帰国するが、バックアップクルーのモッシュがプライムクルーとなっていた。